第6章1：井壁失稳机理与控制方法
钻井井壁失稳的原因分析及预防处理探讨
井壁稳定主要是井眼受到地质的因素、钻井作业的因素以及泥页岩和泥浆的不稳定因素等方面影响而出现的井壁失稳现象。
钻井过程进行的是复杂的地下工程，很多问题不能完全预估，对地下情况的分析并不是完整、系统的，研究人员一直致力于分析井壁的稳定机理，争取在稳定井壁的技术上获得新的突破，减少钻井事故的发生。
1 钻井井壁失稳问题的研究现状1.1 国外研究现状分析国外研究人员为解决井壁失稳的问题，早在本世纪40年代就提出将井壁从化学和力学两个角度分开研究，在理论方面进行定性的分析。
现场研究人员根据测井的相关资料从应用的角度提出稳固井壁的一些方法，70年代利用测井的数据来分析力学问题，井眼力学、岩石力学和测井力学稳定性等技术逐渐开发出来。
80年代以后，水平井和大位移井应用发展，对井壁稳定性的研究逐渐进入到定量化，并进行的现场应用。
1.2 国内研究现状分析 我国在钻井井壁稳定方面的研究比国外要晚，80年代初主要通过岩石力学分析地层蠕变对套管造成的破坏问题，直到90年代才在井壁稳固方面有所研究。
黄荣樽等人分析了水平井井壁力学和大斜度井的井壁受力情况，并建立相应的模型，计算井壁渗透性造成的坍塌压力。
之后石油大学岩石力学研究人员又研究了泥页岩的井壁坍塌力学问题。
还有学者根据损伤力学的理论建立硬脆性泥页岩的本构方程；在实验的基础上，用固体力学的方式建立膨胀性泥页岩水化的本构方程。
逐渐研究出选择合适的钻井液密度来解决井壁稳定问题的新方法[1]。
2 造成井壁失稳的原因分析2.1 地质原因造成失稳除高压油气层以外，地层的构造是造成井壁失稳现象的一个主要原因。
受到原始地应力的影响，地壳运动导致地层之间产生构造应力，岩石受到挤压或拉伸力、剪切力的作用会产生断裂等现象，从而将能量释放出来，有时候构造应力的大小未能使岩石破裂，而是以潜能的形式隐藏在岩石结构之中，遇到一定的条件就会显现。
岩石自身性质差别，孔隙内的压力也各有不同，受温度和压力的影响，孔隙内会隐藏高压，如生油岩、泥页岩等，孔隙压力达到一定值时会产生高压气体，使岩石崩散。
大位移井井壁失稳原因分析及对策
大位移井井壁失稳原因分析及对策作者：刘天恩来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第05期摘要：大港油田沙河街组地层存在大段泥页岩，钻井过程中易出现坍塌，尤其是大位移井，安全密度窗口窄，部分井甚至丧失安全密度窗口，造成井下复杂等事故给安全钻井带来严重挑战。
因此对大港地区大位移井井壁失稳原因进行分析，制定相应的针对性措施，对于大位移井安全钻进，加快油气资源开发具有重要意义。
关键词：造大位移井；井壁失稳；窄密度窗口大位移井窄密度窗口安全钻井问题是钻井中的一大难题，窄密度窗口所带来的问题很多，包括井壁坍塌、井漏、事故复杂多发、严重的导致多次侧钻，无效进尺多，钻井速度慢和钻井成本高等问题。
大港滩海地区河街组地层存在大段泥页岩，地层坍塌压力高，使得钻井过程中井壁失稳严重，制约着该地区钻井的安全钻进，进一步影响勘探开发效果[1]。
因此开展了大港地区大位移井井壁失稳原因分析，制定相应的针对性措施，保证大位移井安全钻进。
1 井壁失稳原因分析1.1 密度窗口窄导致钻井事故复杂频发由地层三压力精细预测结果来看，滩海钻井安全密度窗口窄是引发井下复杂事故的主要原因之一，入图1所示，埕海二区钻井施工中当井眼与最大水平主应力一致时，安全钻进密度窗口仅为0.14，滨海一区的大位移井如果沿着水平最大主应力方位即北偏东75°方位钻井，坍塌压力会超过1.50，而破裂压力则会低于1.40，当井斜角超过50°后，大斜度井很可能丧失安全密度窗口。
从完钻井的复杂事故类型也验证了滩海钻井面临的窄密度安全钻进问题。
从实钻过程中发生事故的诱因也可反应出滩海大位移钻井存在窄密度窗口的难题；埕海二区2008年至2010年总共完成16口井，其中2008年完钻7口井，2009年完钻7口井，2010年完钻2口井。
平均井深4066.84m，垂深2923.27m，平均水平位移2391.43m，完钻层位多为沙二段，平均钻井周期53.50d，平均机械钻速13.52m/h。
井壁失稳机理分析及技术对策
1 井壁失稳机理分析(1)地应力 地壳运动时在地层的不同部位形成不同的构造应力，这些应力以潜能的方式存储在岩石内[1]。
在形成井眼时，钻井液液柱压力代替了被钻掉的岩石所提供的应力，井眼周围的应力将重新分配，当钻井液液柱压力不足以平衡地层的侧向力时，侧向力将向井眼内释放，造成地层剥落掉块或井壁垮塌。
(2)岩石本身性质 泥岩中，粘土矿物的含量一般为20%～30%，若黏土矿物以伊蒙混层为主，因一部分比另一部分水化能力强，易发生非均匀膨胀[2]，减弱了泥页岩的结构强度，实践证明，伊蒙混层是最不稳定的地层。
而在南堡4号构造东二、东三地层，粘土矿物的含量达到37%～48%。
(3)毛细管作用 泥岩在成岩过程中本就存在许多层理面和纹理，在构造力的作用下，泥岩很容易产生断裂而释放能量，从而形成更多微细裂纹，这些微细裂纹是良好的毛细管通道，很容易吸取泥浆滤液，这就为钻井过程中井壁垮塌提供更好的条件。
(4)渗透水化 当钻井液中的电解质浓度低于泥岩中电解质浓度时，泥浆中的水分子将向渗透地层中渗透[3]，渗透水化在泥岩内部进行，可以使蒙脱石的体积增加25倍，并形成很高的渗透压，对井壁造成很大的破坏。
2 南堡41-4568井失稳情况(1)基本情况 南堡41-4568三开钻进周期25.75天，裸眼段长2038.24米，原井眼于9月2日第一次电缆测井时在3100-3700米井段出现刮卡现象，通井后第二次测井出现同样问题，再次通井时下放至3170米遇阻，后经多次划眼无效后填眼侧钻。
(2)原因分析①本井三开裸眼井段较长，加之多次出现设备故障，增加了钻井液对井壁的浸泡时间。
原井眼在3280米反复划眼，表明东二段井眼已经发生井壁失稳。
②泥浆密度不能平衡地层坍塌压力，原井眼使用的泥浆密度为1.33g/cm ³，与后期新眼施工对比密度较低。
③钻井液性能。
含盐量：本井检测含盐量3.33%，根据研究及经验分析，钻井液中保持8%以上KCL 能够有效的保证井壁稳定，所以本井抑制性相对较差。
泾河油田延安组煤层特性与井壁失稳机理
泾河油田延安组煤层特性与井壁失稳机理泾河油田是我国重要的油田之一，该油田延安组煤层的开采一直是该油田开发的一个重点。
然而，在延安组煤层开采过程中，井壁的失稳问题频繁出现，给采油作业带来了不小的困扰。
本文通过对泾河油田延安组煤层特性和井壁失稳机理进行深入研究，旨在寻找井壁失稳的原因，并提出相应的解决方案，以保证采油作业的顺利进行。
一、泾河油田延安组煤层特性泾河油田延安组煤层是位于陕西延安地区的上古生界，是一种古陆沉积岩系，主要由泥岩、砾岩和煤层组成。
其中煤层是该油田主要的勘探和开采对象。
根据研究，泾河油田延安组煤层具有以下特性：1.煤层含水量高。
由于层内水分较多，煤层的强度和稳定性较差，容易发生失稳。
2.煤质相对较软。
延安组煤层属于软煤系列，密度低、含矿物质较少，因此强度相对较低。
3.煤层厚度变化较大。
延安组煤层属于不规则厚度分布，厚度在1-20米之间，因此在不同地段的开采难度也不同。
二、井壁失稳机理井壁失稳是指在钻井过程中，井壁失去稳定，导致土层暴露或井口塌陷的现象。
在泾河油田延安组煤层开采过程中，井壁失稳问题十分常见。
经过研究，我们认为井壁失稳的机理主要有以下方面：1.煤层含水率高导致的井壁稳定性差。
因为煤层中含水量高，影响了泥岩的结实度和黏着力，以及井壁的稳定性。
2.井壁钻掘时设备运作不当引起的井壁失稳。
在钻井过程中，如果设备的振动和旋转力度过大，会使得井壁受力不均，进而导致井壁的破坏和失稳。
3.煤层地质结构复杂造成的井壁易失稳。
泾河油田延安组煤层地质结构十分复杂，由于断层和褶皱的存在，不同地段的地质不同，难以预估井壁的稳定状态。
三、解决方案为了解决井壁失稳问题，我们提出以下几点建议：1.加强煤层的采前勘探，了解不同地段地质情况，在钻井前充分评估井壁稳定性，确定合适的井壁钻掘方式和设备参数。
2.优化钻井参数，调整振动和旋转力度，保证井壁受力均匀，减少井壁的破坏和失稳现象的发生。
3.增加支撑材料，加强井壁的稳定性。
浅析钻井井壁失稳的原因及预防措施
浅析钻井井壁失稳的原因及预防措施长期以来，井壁失稳一直是困扰钻完井施工的一个主要难题。
特别是近年来，钻井面临的地质条件越来越复杂，且水平井、大位移井、分支井等复杂结构井越开越多，这使得钻完井过程中的井壁失稳问题更为突出。
本文是从井壁失稳的原因出发，探讨相关预防措施。
1 井壁失稳的原因从理论上，产生井眼失稳的根本原因，在于井眼形成过程中井眼周围的应力场（包括化学力）发生了改变，引起井壁应力集中，井内钻井液柱压力未能与地层中的地应力建立起新的平衡。
1.1 地质方面的原因除了高压油气层的影响外，地层的构造状态的影响是造成井壁失稳坍塌卡钻的最重要的地质方面的原因。
原始地应力，地壳是在不断运动之中，于是在不同的部位形成不同的构造应力（挤压、拉伸、剪切）。
当这些构造应力超过岩石本身的强度时，便产生断裂而释放能量。
但当这些构造应力的聚集尚未达到足以使岩石破裂的强度时，它是以潜能的形式储存在岩石之中，待机而发，当遇到适当的条件时，就会表现出来。
岩石本身的性质，由于沉积环境、矿物组分、埋藏时间、胶结程度、压实程度不同而各具特性。
泥页岩孔隙压力异常，泥页岩是有孔隙的，在成岩过程中，由于温度、压力的影响，使粘土表面的强结合水脱离成为自由水，如果处于封闭的环境内，多余的水排不出去，就在孔隙内形成高压。
钻井时，如果钻井液的液柱压力小于地层孔隙压力，孔隙压力就要释放。
如果孔隙和裂缝足够大且有一定的连通性，这些流体就会涌入井内。
1.2 物理化学方面的原因井壁失稳坍塌卡钻的物理化学方面的原因表现在岩石的水化膨胀、毛细管作用和流体静压力等，即与水的存在密切相关。
只要使用水基钻井液，只要有水的存在，就有泥页岩的水化膨胀和坍塌问题。
经过大量研究发现，泥页岩中的粘土含量、粘土成分、含水量及水分中的含盐骨对泥页岩的吸水及吸水后的表观有密切关系，泥页岩粘土含量越高，含盐量越高、含水量越少则越易吸水水化。
蒙脱石含量高的泥页岩易吸水膨胀，绿泥石含量高的泥页岩易吸水裂解、剥落。
裂隙发育硬脆性泥岩井壁失稳机理及其解决措施
裂隙发育硬脆性泥岩井壁失稳机理及其解决措施裂隙发育硬脆性泥岩井壁失稳机理及其解决措施硬脆性泥岩是一种非常脆弱的岩石，在地质勘探和钻井作业中，因为受到地质环境或钻井参数等因素的影响，很容易导致井壁失稳。
本文将针对裂隙发育的硬脆性泥岩井壁失稳机理及其解决措施展开论述。
1. 裂隙发育硬脆性泥岩井壁失稳机理1.1 裂隙作用在钻井作业中，由于冲击力、液压力等因素的作用，硬脆性泥岩岩石表面可能存在裂隙，这些裂隙会影响井壁的稳定性。
如果裂隙方向与井壁支撑力的方向一致，岩石就会出现运动的趋势，使得井壁出现塌陷。
1.2 地质因素硬脆性泥岩钻井作业中，井壁失稳可能受到地质因素的影响，例如地层的压缩、岩石的变形、地下水压力和地层褶皱等，这些因素会使得岩石体的内部产生拉力和压力，导致井壁的破坏和塌陷。
1.3 钻井参数硬脆性泥岩钻井时，钻井参数对井壁的稳定性也有一定的影响。
例如，对于注入泥浆的速度、泥浆的密度、钻头的转速和钻头的切削力等参数的不当调整，可能会导致井壁失稳。
2.解决措施2.1 选用适当的钻井技术选用合适的钻井技术，是控制硬脆性泥岩井壁稳定性的一种重要方法。
例如，在注入泥浆的速度和压力方面，应当根据岩层和钻头状况来调整，选择合适的钻头和泥浆，以确保钻井工艺的稳定和安全。
2.2 选择合适的防塌剂防塌剂被广泛应用于钻井过程中，以增强硬脆性泥岩井壁的稳定性。
防塌剂的主要功能是提供有效的井壁支撑和增强岩石的压缩强度，使得井壁能够承受外力并避免塌陷。
2.3 定期检查并维护井壁需要定期检查和维护井壁，及时修补出现的裂隙和缺陷，以确保井壁的稳定性和安全。
在钻井完成后，应对井眼进行清理和测量，记录井壁情况和压力数据，以备以后的参考。
结论裂隙发育硬脆性泥岩井壁失稳是钻井作业中的重要问题，需要采取积极有效的解决措施。
通过钻井技术、防塌剂的选择和井壁的定期检查等方法，可以最大限度地控制井壁失稳并确保钻井作业的安全和顺利进行。
除了前文提到的措施外，还有其他一些方法可以减少裂隙发育硬脆性泥岩井壁失稳的风险。
钻井井壁失稳思考
(12三、)井壁失稳的处理
4、井壁失稳后的处理措施：
① 选择合适的钻具结构和钻头类型（松软地层、硬地层）； ② 选择合适的划眼畅通井眼措施（松软地层、硬地层）； ③ 软地层防出新眼的划眼方式（“冲、通、划”、“拨放点划”）； ④ 划出新眼时的处理； ⑤ 硬地层划眼注意事项（防蹩钻）； ⑥ 严重阻卡时的应急处理； ⑦ 稠浆“封井”或“段塞携带”注意事项等。
3
(三)12井、壁井失壁稳失的稳分的析处及理处理
3、硬脆性地层防塌体会
（１）硬脆性地层坍塌机理； （２）防塌思路； （３）防塌措施：
① 强化“吸附”泥饼和迅速“充填裂纹”的概念，重视膨润土含量； ② 强化“沉积”泥饼的概念，“高粘切”改变流型，促进“层流”护壁； ③ 借助油性润滑剂改变井壁润湿特性； ④ 研究地层沉积环境，改进钻井液液相性质（矿化度）； ⑤ 定期用“稠浆”封井，确保起下钻顺利，减少“拨动”效应； ⑥ 控制起、下钻速度和钻柱旋转速度，减少对井壁碰撞等。
5
(四)岩盐、高压盐水层的处理
① 选择合适的钻井液体系； ② 适当提高钻井液密度； ③ 根据蠕变速率确定施工工艺；
④ 简化底部钻具组合； ⑤ 采取“少钻多划”的方式； ⑥ 采用扩眼和随钻扩眼措施； ⑦ 防止套管挤毁变形； ⑧ 高压盐水层喷、漏同存时施工注意事项等。
根据温度、压力确定 钻井液密度示意图
(三)井壁失稳的分析及处理
１、防塌的常规做法
（抑制、物理、携带、稳定）
（1）浅层流砂、松散地层
（物理：稠膨润土浆护壁，携带，“悬浮”）
（2）易水化膨胀泥岩地层
（抑制：抑制水化；物理：利用微扩眼器、射流、返 速、低粘切泥浆扩径）
（3）易剥蚀垮塌页岩地层
（物理＋抑制：封堵防塌、抑制防塌）
钻井过程中井壁失稳的原因分析及预防探讨
钻井过程中井壁失稳的原因分析及预防探讨作者：唐伦帅方曦来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第09期摘要：钻井施工过程中，井壁失稳的原因是错综复杂的，有力学的原因，有化学的原因，还有工程方面的原因。
本文主要是从这个三个方面入手对井壁失稳的原因展开分析，探讨从合理选择钻井液密度、优选防塌剂和完善工程措施三个方面保障井壁稳定，提升钻井施工效率和安全性。
关键词：钻井；井壁失稳；钻井液钻井过程中井壁失稳易造成井壁垮塌、缩径、漏失、卡钻及储层污染等井下事故，严重制约了油气田勘探开发的发展。
在油气勘探开发中钻井费用占了勘探开发总费用的50%～80%。
井壁失稳的原因是错综复杂的，有力学的原因，有化学的原因，还有工程方面的原因，总之是地层原地应力状态、井筒液柱压力、地层岩石力学特性、钻井液性能以及工程施工等多因素综合作用的结果。
1 井壁失稳的原因井壁失稳问题的诱因很多，概括起来可分为天然和人为两个方面：天然因素主要有地层岩性、地层强度、粘土矿物的类型、地层倾角、孔隙度以及孔隙流体压力等；人为可控因素主要有钻井液的性能、地层裸眼时间、钻井液的对井壁的冲刷作用、激动压力、井眼轨迹等。
1.1 力学因素井内钻井液液柱压力起到了一定的支撑所钻岩层原本提供的支撑作用，井壁处原本的三向应力平衡被破坏，使得井眼周围应力重新分布。
当井内液柱压力小于地层孔隙压力时，可能使井壁岩石产生剪切破坏，对于塑性岩石这个时候通常会导致缩径问题，而脆性岩石则会产生坍塌掉块，造成复杂情况。
地层强度对浅井井壁稳定性有着显著的影响，大幅度提高钻井液密度可以解决如浅部地层强度太低的问题。
但是对于深部泥页岩地层，由于其具有极强的粘土矿物的水敏性，简单依靠增大钻井液密度来平衡地层压力是不可取的，甚至会造成井漏或者垮塌。
1.2 化学因素泥页岩主要由水敏性粘土矿物组成，其与钻井液中的水的相互作用是必然的。
由于泥页岩结构和组分上的特点，采用不同的钻井液体系，这种作用的差别也是很大的，离子交换作用、渗透作用、水沿泥页岩的微裂隙的侵人以及毛管力作用产生的渗析强度都有明显影响。
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岩石强度参数与声波速度的系式
1 d C A (1 2 d ) 1 2 V p4 (1 0 . 78 V cl )
2
d
其 中 系 数 A 与 岩 石 性 质 有 关 的 常 数 ， A 2 . 544 10 4 。
岩石的内摩擦角
循环压耗引起的压力，其大小与流体循环当量密度（ ECD ）和井深有关。
基本概念—井壁不稳定性机理
当PECD <Pp时，则井涌，甚至引起井喷；
当PECD > Pf时，则井漏；
当PECD <Pc时，则井塌或缩径； 当Pc Pp时，则井壁稳定性要求：Pp < PECD <Pf；
– 泥浆密度窗口： = f —p
双南地区地应力声发射法测定结果
表 2 双南地区地应力声发射法测定结果 试验岩芯 地应力（当量泥浆密度） 上覆地层压力 双 102 井 (3173m)
（ v
最大水平地应力 （ H ） 2.23
最小水平地应力
h （
）
） 1.61
2.42
地应力方向：椭圆井眼长轴方位在N70—85 E之间 构造应力系数：1=1.02764，2=0.34162
地应力测量技术
45 度
45 度
声发射实验岩芯取样示意图
地应力测量实验系统
微 机
Locan AT 声发射仪
载荷传 感器 试 样
MTS 伺服 增压器
压 排
力 量 MTS 控制器
伺服控制
供
液 MTS 液压源
加压缸
反
馈
常 规 声 发 射 法 测 地 应 力 流 程 图
地应力声发射测量曲线
1600 1400
H h
114 . 14 MPa 84 . 63 MPa
水平地应力非均匀性系数：
H
/
h
1 . 35
凯塞尔效应法计算结果
地 应 力 梯 度 （ MPa/m） 井号 井 深 (M) 上 覆 地 层 压 力 ( σ V) 琼 002 井 伽 2 井 柯深 1 井 4342.0 3934.9 5624.0 0.0238 0.0232 0.0241 最 大 水 平 地 应 力 (σ H) 0.0268 0.0270 0.0276 最 小 水 平 地 应 力 (σ h) 0.0196 0.0194 0.0185
注 ： 计 算 时 取 a= 1， 孔 隙 压 力 系 数 1.2 g/c m 3
水力破裂试验法计算结果
水平地应力梯度 井号 井 深 (m) 地 层 破 裂 压 力 梯 度 (MPa/m) G H (MPa/m) 琼 002 井 柯深 1 井 4340 5025 0.0214 0.0246 0.0263 0.0289 G h (MPa/m) 0.0195 0.0215
Pore pressuer： 0.99 MPa/100m
Vertical stress： 2.22 MPa/100m
Maximum horizontal stress：1.92 MPa/100m Minimum horizontal stress：1.45 MPa/100m
琼002井试验井段(井深H=4340m)的地应力：
2
1 tg 2 P p
2
h
0 90
2
0 90
2
1 tg 2 P p
2
tg 2
0 90 2 45 0 90
式中：表示有效应力系数；为0与最小水平地应力（h）的 夹角，它的转向应使h 轴与Min{0， 45 ， 90}有最小 的夹角。
37.7
27.0
13.1
31.6
12.0
40.0
25.0
24.0
动静态弹性参数转换关系(砂泥岩地层）
s A 1 K 1 d ， 其 中 : A 1 0 . 20543 0 . 1555483 lg ( SD ) K 1 0 . 05025 0 . 36478 lg ( SD )
井壁岩石的应力状态
r Pi P p H h 2 0 r
` H
h
cos
2 Pi P p
井眼周围岩石应力分量
井眼横截面受力状态
＝ 5 8 .9 3 -1 .7 8 5 C
岩 石 的 抗 拉 强 度 S t = （ 0 .0 0 4 5 E d (1 -V cl )+ 0 .0 0 8 E d × V c l ） ／ 1 2 其 中 ： E d 为 动 态 弹 性 模 量 ， V cl 为 泥 质 含 量 。
三、地层的坍塌压力和破裂压力 及其影响因素研究
Es A
2
K2Ed
，其中：
A 2 3008 . 4 1810 . 2 lg ( SD ) K 2 0 . 0662 0 . 1709 lg ( SD )
式中：SD表示岩样所承受的轴向应力与围压之差，亦 即在实际测井中等于地层上覆应力与泥浆压力之差 ；s 、Es 和d 、Ed 分别表示静态和动态的泊松比、 弹性模量。
典型的水力压裂试验曲线
S t P f Pr h P s H 3 h P f aP p S t
某深探井破裂试验曲线，1994年1月31日
现场破裂试验法确定水平地应力
破裂试验宜在技术套管鞋以下钻出几米裸眼后进行 从破裂试验压力曲线上可以确定以下数据：
can be expressed by three principle stresses
(v,H,h) 。
② The in-situ stress anisotropy may be described by the anisotropic coefficient (K) which is defined as
对于直井来说，井壁应力应是三个主地应力、孔隙 压力和井内泥浆柱压力联合作用下的结果。（一般 来说，在水平最小主地应力方位处发生坍塌，在水 平最大地应力方位处发生破裂）。 对于定向井来说，由于上覆岩层压力与井轴不再重 合，水平地应力不再与井轴正交，因此井壁周围岩 石在法向正应力和切向剪应力的联合作用下处于三 维应力状态。井壁岩石在与井轴垂直的平面内不仅 受到正应力的作用，而且还存在着剪应力，它们对 井壁岩石的破坏形态都有影响。
53.3 59.0 62.0 71.3 78.8 75.0 49.1 63.5 39.5 43.4
20 30 40 20 30 25 20 0 0 20
143 160 169 91 113 133 168 63 77.3 183
5.5 7.0 6.6 17.0 26.3 22.0 6.2 5.8 - - -
H
v H 地应力测量技术：
凯塞尔效应法: 凯塞尔效应是岩石具有记忆 其应历史上所承受的最大应力的能力。岩石 加载过程中，声发射强度显著增大处所对应 的载荷应力为凯塞尔点应力。
测定在与柱状岩芯轴线垂直的水平面内，以 45度的角增量的三块岩样和轴向岩样的凯塞 尔点应力，根据张量理论可解释岩芯所处地 层的地应力状态。
渤海油田静态岩石力学参数测试结果
岩芯号 岩芯 直径
mm
岩芯 长度
mm
试验围 压
M Pa
破坏 强度
M Pa
模弹性 量
G Pa
泊松比
0.18 0.24 0.11 0.11 0.14 0.10 0.21 0.13 - - -
强度参数
C
35.1 P5-1 35.0 35.0 35.0 P3-1 35.0 35.0 P3-2 35.0 35.0 P3-3 35.0 35.0
地层坍塌压力及破裂压力的确定方法
在给定岩石强度参数和原地应力条件下，计 算井壁岩石的应力状态，并求出其主应力值 ，代入相应的破坏准则方程中去，即可算出 保持井壁稳定的坍塌压力和破裂压力。 对于定向井，井壁上的各主应力值本身既是 井眼压力的函数，又与井周角θ有关，因而 不能象垂直井那样得到井壁破坏压力的解析 式，而只能采用数值迭代法求解。
3 Ps P p Pr
Case study
In XJ24-1 oil field in southChina sea, Azimuth of the maximum horizontal in-situ stress: is N120°－125°E. The designed azimuth of a ERW path is 116°.
地层岩石破坏准则
地层破裂准则：认为地层受压破裂为拉伸断裂机制 所控制，即当井壁上的一个有效主应力达到岩石的 拉伸强度值时便发生地层破裂。 井壁剪切破坏准则： –Mohr-Coulomb准则——假设只有最大和最小主 应力对破坏有影响,该模型认为同性材料抵抗破 坏的抗剪力等于沿潜在破坏面滑动时的摩擦阻力 与内聚力之和； –Drucker-Prager准则——认为中间主应力对破 坏亦有影响。
渤海油田地应力声发射法测定结果
渤 海 油 田 B Z-34 地 应 力 测 量 结 果
井 深 (M ) H (M Pa) h 2969 86.8 (M Pa) v 53.1 (M Pa) 68.9 方位角 N 72° E
岩石力学参数测试
通过岩石动静态力学参数的测定，找出横波速度
、静泊松比、杨氏模量与纵波速度、岩石密度、
1200
声 发 射 数
1000
K a iser 点
800
600
400
200
0 0 90 180 270 360 450 540 630 720